周東琴，劉建遠(yuǎn)，孫 偉，賀 政

（北京礦冶研究總院礦物加工科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102600）

礦石的粉碎特性參數(shù)是選礦廠碎磨設(shè)備選型和工藝流程設(shè)計的重要依據(jù)。在自磨（半自磨）磨礦的流程設(shè)計方面，國外已經(jīng)摒棄了消耗大量人力、物力和時間的半工業(yè)而代之以小型實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和計算機(jī)模擬的簡便方法，大大減少了試驗(yàn)工作量和試驗(yàn)費(fèi)用。目前，比較常用的幾種測定礦石自磨／半自磨特性參數(shù)的方法有：加拿大Minnov EX技術(shù)公司的SPI試驗(yàn)（SAG Power Index，半自磨功指數(shù)試驗(yàn)）、加拿大Starkey＆Associates公司于2004年推出的SAG Design試驗(yàn)（Standard Autogenous Grinding Design Test，標(biāo)準(zhǔn)自磨設(shè)計試驗(yàn)）、麥佛森自磨可磨度試驗(yàn)（MacPherson Autogenous Grindability）、AMCT試驗(yàn)（Advanced Media Competency Test）、JK落重及磨剝試驗(yàn)（JK Drop Weight Test）和SMC試驗(yàn)（SAG Mill Comminution）等［1－2］。以上現(xiàn)代自磨（半自磨）試驗(yàn)技術(shù)是在國外廣泛應(yīng)用和試驗(yàn)技術(shù)深入發(fā)展背景下產(chǎn)生的，不僅使試驗(yàn)方法變得非常簡單，還使流程設(shè)計和設(shè)備選型方法更加完善與科學(xué)，又反過來促進(jìn)了自磨（半自磨）技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展［3－5］。

本文用JK落重試驗(yàn)（也叫落重試驗(yàn)，Drop－Weight Test，簡稱DWT）及磨剝試驗(yàn)測定了內(nèi)蒙古某鉛鋅礦石的粉碎特性參數(shù)，并用該參數(shù)評估采用半自磨工藝處理該礦石的可行性，為通過多方案比較合理選擇碎磨流程提供依據(jù)。

1 試 樣

用于標(biāo)準(zhǔn)落重試驗(yàn)的各粒級試樣通過對原礦礦樣的破碎、篩分和揀選制備。

2 試驗(yàn)描述

標(biāo)準(zhǔn)落重試驗(yàn)包括對五個給定粒級試樣的落重沖擊粉碎試驗(yàn)和一個給定粒級試樣的磨剝試驗(yàn)和礦石相對密度測定試驗(yàn)等。由試驗(yàn)結(jié)果可求得應(yīng)用JKSimMet軟件內(nèi)置的自磨（半自磨）機(jī)模型進(jìn)行過程模擬所需的礦石特性參數(shù)A、b和ta，此外還可獲得應(yīng)用JKSimMet軟件內(nèi)置的破碎機(jī)模型進(jìn)行過程模擬所需的一整套礦石特性參數(shù)［6］。

2．1 落重沖擊粉碎試驗(yàn)

一套標(biāo)準(zhǔn)落重試驗(yàn)［6］包含對5個窄粒級物料各進(jìn)行3個比能耗水平的單粒沖擊粉碎試驗(yàn)，即一共有15套粒度－比能耗組合。標(biāo)準(zhǔn)落重試驗(yàn)規(guī)定的5個窄粒級為－63＋53、－45＋37．5、－31．5＋26．5、－22．4＋19和－16＋13．2mm；比能耗變化范圍為0．1～2．5kWh／t。因試驗(yàn)所用試樣來自鉆探巖芯樣，受巖芯直徑的限制，無法獲得－63＋53粒級試驗(yàn)，本研究只能對其余4個粒級進(jìn)行共計12套粒度比能耗組合試驗(yàn)。

對碎塊產(chǎn)物進(jìn)行篩析，得到12套不同粒度－比能耗組合條件下碎塊產(chǎn)物的粒度分布曲線，求出一組（當(dāng)篩孔尺寸為原始顆粒平均尺寸的1／n時，產(chǎn)物篩下產(chǎn)率定義為）來定量描述產(chǎn)物的粒度分布。JKMRC粉碎模型采用值作為表征原始顆粒被碎程度的指標(biāo)，其定義為碎塊產(chǎn)物中粒度小于原始顆粒1／10的那部分物料所占的百分?jǐn)?shù)，用指數(shù)函數(shù)（式（1））來逼近描述 與比能耗 的關(guān)系，其中A和b是擬合參數(shù)。根據(jù)由試驗(yàn)獲得的15組（t10－ECS）關(guān)系數(shù)據(jù)，采用非線性回歸方法擬合出這兩個參數(shù)。A和b就是即為表征礦石抵抗高能沖擊粉碎作用的物料特性參數(shù)。

2．2 磨剝試驗(yàn)

磨剝試驗(yàn)［7］是將3kg粒級為－53＋38mm的試樣置于帶有4個6mm提升條的φ305mm×305mm滾筒式磨機(jī)中，在不加磨礦介質(zhì)條件下以70%的轉(zhuǎn)速率（53r／min）滾翻跌落10min，對獲得的產(chǎn)物進(jìn)行篩析，求得該產(chǎn)物的 值。物料的抗磨剝特性參數(shù)定義為此值的十分之一，即 。

3 試驗(yàn)結(jié)果

各粒級試樣在不同比能耗條件下獲得的t10數(shù)據(jù)如表1所示，根據(jù)此數(shù)據(jù)求得的自磨／半自磨機(jī)模型物料特性參數(shù)見表2。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)解讀

4．1 礦石的抗沖擊粉碎能力

參數(shù)A的意義是比能耗趨于無窮大時t10的取值上限，參數(shù)b影響t10－比能耗關(guān)系曲線在不同位置的斜率。由于通過非線性回歸迭代求解得到的A和b數(shù)值實(shí)際上不是相互獨(dú)立的，一般不宜將它們各自單獨(dú)用于不同礦石之間的比較。JKTech推薦采用A和b的乘積（A×b）值或者比能耗為1kWh／t時的t10值進(jìn)行礦石之間的比較。這兩個數(shù)值越大，礦石抵抗沖擊粉碎作用的能力越弱。

圖1和圖2分別給出了JKTech分別給出JKTech現(xiàn)有礦石特性數(shù)據(jù)庫中（A×b）值和比能耗為1kWh／t時的t10值的頻次分布。絕大多數(shù)礦石的A×b值落于20～250之間；比能耗為1kWh／t時的t10值大多數(shù)落于15～75之間。A×b之值接近或小于20的為極硬礦石，接近或超過250的為極軟礦石；比能耗為1kWh／t時的t10值接近或小于15的為極軟礦石，接近或超過75的為極軟礦石。

表3列出試驗(yàn)礦石與JKTech礦石特性數(shù)據(jù)庫的總體比較結(jié)果。由表3可以看出，本礦石抗沖擊粉碎的能力落于軟礦石區(qū)域，在總共4269種已測定礦石中，有3534（占78．8%）礦石的A×b值低于本礦石；有3356種（74．9%）礦石在比能耗為1kWh／t時的t10值低于本礦石。

表1 各粒級試樣在不同比能耗條件下獲得的t10數(shù)據(jù)

表2 自磨／半自磨機(jī)模型物料參數(shù)

圖1 JKTech礦石特性數(shù)據(jù)庫中（A×b）值的頻次分布

圖2 JKTech礦石特性數(shù)據(jù)庫中比能耗1kWh／t時t10值的頻次分布

4．2 礦石的抗磨剝能力

礦石的抗磨剝作用的能力用參數(shù)ta表征，ta越小，表示礦石抵抗磨剝作用的能力越強(qiáng)。圖3為JKTech現(xiàn)有礦石特性數(shù)據(jù)庫中ta值的頻次分布?？梢钥闯?，絕大多數(shù)礦石的ta值落于0．1～1．5之間。接近或小于0．1的為抗磨剝能力極強(qiáng)礦石，接近或超過1．5的為抗磨剝能力極弱礦石。

表3 試驗(yàn)礦石特性參數(shù)與JKTech礦石特性數(shù)據(jù)庫總體數(shù)據(jù)的比較

圖3 JKTech礦石特性數(shù)據(jù)庫中ta值的頻次分布

從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，本礦石（ta值為0．84）屬抗磨剝能力較低的礦石。在4316種已測定礦石中，有3506（占78．2%）礦石的ta值低于本礦石。

4．3 礦石抗沖擊粉碎能力的粒度效應(yīng)

從表1中各粒級粉碎到相同t10值所需的比能耗數(shù)據(jù)可以看出，在試驗(yàn)粒度范圍內(nèi)（13．2～63mm）礦石抵抗沖擊粉碎的能力隨顆粒粒度的減小而增大。

若以t10對顆粒粒度作圖，最常見的趨勢是t10－粒度關(guān)系線的斜率隨比能耗的降低而減小。對于自磨／半自磨磨礦而言，有指標(biāo)意義的是低比能耗下t10的絕度數(shù)值及其斜率大小，因?yàn)閺倪@些數(shù)據(jù)可看出作為介質(zhì)的礦石顆粒在磨機(jī)中的生存能力，從而對大塊礦石作為磨礦介質(zhì)的適應(yīng)性作出判斷。若t10值隨顆粒粒度的增加而顯著增大，通過外推至100～200mm的粒度范圍（通常的介質(zhì)尺寸）可知大塊礦石會因不夠結(jié)實(shí)而無法生存，起不到磨礦介質(zhì)的作用。同理，若低比能耗下t10的絕度數(shù)值很大，大塊礦石也起不到磨礦介質(zhì)的作用。

圖4 給 出 不 同 比 能 耗 水 平 （0．25kWh／t，1．0kWh／t和2．5kWh／t）下，試驗(yàn)礦石的t10值與顆粒粒度的關(guān)系?？梢钥闯?，本礦石符合t10－粒度關(guān)系的斜率隨比能耗的降低而減少這一常見趨勢。

圖4 試驗(yàn)礦石的抗沖擊粉碎能力與顆粒粒度的關(guān)系

5 結(jié) 論

1）通過標(biāo)準(zhǔn)落重試驗(yàn)導(dǎo)出的內(nèi)蒙某鉛鋅礦石的特性參數(shù)為：抗沖擊粉碎特性參數(shù)A＝53．6，b＝1．53，A×b＝82．0；抗磨剝特性參數(shù)ta＝0．84。

2）JK落重試驗(yàn)結(jié)果表明，本鉛鋅礦屬于軟礦石，抗磨剝能力較低，抵抗沖擊粉碎的能力隨顆粒粒度的減少而增大。

［1］ 吳建明．金屬礦業(yè)粉碎技術(shù)的熱點(diǎn)［J］．金屬礦山，2010（8）：551－557．

［2］ 劉建遠(yuǎn)．關(guān)于礦石粉碎特性參數(shù)及其測定方法［J］．金屬礦山，2011（10）：9－19．

［3］ 張偉．自磨技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性［J］．有色設(shè)備，2010（3）：1－7．

［4］ 吳建明．用于自磨（半自磨）流程設(shè)計的現(xiàn)代試驗(yàn)方法（一）［J］．有色設(shè)備，2009（6）：1－4．

［5］ 吳建明．用于自磨（半自磨）流程設(shè)計的現(xiàn)代試驗(yàn)方法（二）［J］．有色設(shè)備，2010（1）：1－4．

［6］ 劉建遠(yuǎn)．關(guān)于礦石粉碎特性參數(shù)及其測定方法［J］．金屬礦山，2011（10）：9－19．

［7］ 王澤紅，楚文城，孔令斌，等．落重試驗(yàn)測定礦石粉碎特性參數(shù)［J］．金屬礦山，2014（9）：85－89．